化學(xué)平衡理論是中學(xué)化學(xué)的重要理論

1、化學(xué)平衡理論是中學(xué)化學(xué)的重要理論,也是高考試題中的的熱點(diǎn)與難點(diǎn).在高考試題中,由于化學(xué)平衡試題較好地考察了同學(xué)們的思維想像能力、邏輯推理能力、以及化學(xué)計(jì)算能力,從而得到命題者的青睞.如何解答好這部分試題呢?我認(rèn)為在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí),要學(xué)會(huì)運(yùn)用三大解題策略。   一.  極限解題策略    1.       在達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),任一物質(zhì)的質(zhì)量或濃度都大于零(即任意物質(zhì)的量極限為零).    2.   

2、;    可逆反應(yīng)的最大極限為不可逆反應(yīng),即反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的極限為100%.    例1(2010年高考新課程卷26題,14分)   物質(zhì)AG有下圖所示轉(zhuǎn)化關(guān)系（部分反應(yīng)物、生成物沒(méi)有列出）。其中A為某金屬礦的主要成分，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)可得到B和C。單質(zhì)C可與E的濃溶液發(fā)生反應(yīng)，G為磚紅色沉淀。  請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）寫(xiě)出下列物質(zhì)的化學(xué)式：B           、E 

3、;          、G           ；（2）利用電解可提純C物質(zhì)，在該電解反應(yīng)中陽(yáng)極物質(zhì)是             ，陰極物質(zhì)是          

4、，電解質(zhì)溶液是           ；（3）反應(yīng)的化學(xué)方程式是           。（4）將0.23 mol B和0.11 mol氧氣放入容積為1 L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)，在一定溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡，得到0.12 mol D，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K=           

5、; 。若溫度不變，再加入0.50 mol氧氣后重新達(dá)到平衡，則B的平衡濃度            （填“增大”、“不變”或“減小”），氧氣的轉(zhuǎn)化率            （填“升高”、“不變”或“降低”），D的體積分?jǐn)?shù)           

6、 （填“增大”、“不變”或“減小”）。解析：（1）“G為磚紅色沉淀”是本題的突破口，因此此題可以用逆向推斷的方法做。不難看出，F(xiàn)生成G的反應(yīng)是醛基的檢驗(yàn)，所以，F(xiàn)為CuSO4;從BDE，可推斷為NONO2 HNO3或SO2SO3H2SO4等。因?yàn)锽D的轉(zhuǎn)化需用催化劑，可判定B為SO2，D為SO3，E為H2SO4。當(dāng)然，可能有的同學(xué)總想弄清A是什么，從題目來(lái)看，A應(yīng)為Cu2S（化學(xué)方程式見(jiàn)人教版必修2，89頁(yè)）。（2）考察學(xué)生對(duì)電解精煉銅原理的認(rèn)識(shí)。粗銅做陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，純銅做陰極，Cu2+在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解液為CuSO4溶液。（3）書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，略。&#

7、160;（4）第一空考察化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算。依據(jù)化學(xué)方程式：       2SO2  +   O2   =    2SO3(反應(yīng)條件略)c(mol/L):起始  0.23      0.11         0        轉(zhuǎn)化

8、  0.12      0.06         0.12  第一次 平衡 0.11      0.05         0.12可以求得：K=(0.12)2/(0.11)2×0.05=23.8第二、三、四空考察學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)原理的理解。這是學(xué)生出錯(cuò)最多的地方。恒溫、恒容條件

9、下，加入0.50 mol O2后，根據(jù)勒夏特列原理，平衡右移，SO2的物質(zhì)的量減少，體積分?jǐn)?shù)減小，O2本身的轉(zhuǎn)化率降低。問(wèn)題是平衡右移后，SO3 的物質(zhì)的量無(wú)疑會(huì)變大，而總物質(zhì)的量也變大，SO3的體積分?jǐn)?shù)將怎樣變化哪？同學(xué)們肯定會(huì)通過(guò)計(jì)算來(lái)這樣解答：        2SO2  +   O2     =  2SO3(反應(yīng)條件略)(mol/L): 起始   0.11  &

10、#160; 0.05 +0.50        0.12    轉(zhuǎn)化    2X     X            2X第二次平衡  0.11-2X      0.55-X    

11、      0.12+2X如果用平衡常數(shù)來(lái)計(jì)算X，勢(shì)必得到一個(gè)一元三次方程式，而中學(xué)階段無(wú)法解出，這就考察了學(xué)生靈活應(yīng)變的能力。很多學(xué)生做到次此處可能就不做了，認(rèn)為平衡右移，SO3的體積分?jǐn)?shù)一定是變大了。實(shí)際上，第一次平衡時(shí)SO3的體積分?jǐn)?shù)為：     0.12/(0.11+0.05+0.12)=0.429只要注意到可逆反應(yīng)中任意物質(zhì)的濃度不可能為零的特點(diǎn)，X的最大極限值為0.055 mol/L,所以第二次平衡時(shí)SO3的體積分?jǐn)?shù)最大為：      

12、;      (0.12+2X)/(0.11+0.55-X)=0.23/0.605=0.380顯然，體積分?jǐn)?shù)減小了。練習(xí)1(2010年上海高考,25題).接觸法制硫酸工藝中，其主反應(yīng)在450并有催化劑存在下進(jìn)行2SO2+O2 2SO3（1）該反應(yīng)所用的催化劑是              （填寫(xiě)化合物名稱），該反應(yīng)450的平衡常數(shù)      

13、;    500時(shí)的平衡常數(shù)（填“大于”、“小于”或“等于”）。（2）該熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義是                                      

14、0; 。（3）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是                        a. v (o2)正=2 v (SO3)逆    b.容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化    c.容器中氣體的密度 不隨時(shí)間而變化 

15、60;  d.容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化（3）在一個(gè)固定容積為5 L的密烤容器中充入0.20 mol SO2和0.10 mol O2，半分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得容器中含SO3 0.18 mol，則 =              ：若繼續(xù)通入0.20 mol SO2和0.10 mol O2則平衡           

16、     移動(dòng)（填“向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向”或“不”），再次達(dá)到平衡后，           mol < n(SO3)<          mol。答案:（1）五氧化二釩,大于（2）在4500C時(shí),2 mol SO2氣體和1 mol氣體完全反應(yīng)生成2 mol SO3氣體放出的熱量為190 kJ; （3

17、）b,d（4）0.036;向正反應(yīng)方向;.;. 提示:最后一空用極限的思想,假設(shè)0.4 mol SO2完全反應(yīng),會(huì)得到0.4 mol 的SO3. 二.等價(jià)代替策略 1. 在恒溫、恒容條件下，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應(yīng)，投料不同，但是,如果通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式的同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同，則達(dá)到平衡狀態(tài)兩平衡等效。簡(jiǎn)稱為:恒溫恒容等量等效. 2. 在恒溫、恒容條件下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，投料不同, 如果通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式的同一邊物

18、質(zhì),只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達(dá)到平衡狀態(tài)兩平衡等效。簡(jiǎn)稱為: 恒溫恒容分子數(shù)不變等量等比都等效. 3. 在恒溫、恒壓條件下，投料不同，只要按化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式的同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，達(dá)到平衡狀態(tài)后與原平衡等效。簡(jiǎn)稱為:恒溫恒壓等比等效. 請(qǐng)同學(xué)們注意: 我們所說(shuō)的“等效平衡”與“完全相同的平衡狀態(tài)”不同；“等效平衡”只要求平衡混合物中各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）對(duì)應(yīng)相同，反應(yīng)的速率、壓強(qiáng)等可以不同。等效平衡中的二個(gè)平衡狀態(tài)有時(shí)是完全相同的,有時(shí)不是 例2(2010年高考江蘇

19、卷14題)在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下（已知N2+3H2 NH3H=-92.4 kJ·mol-1）  下列說(shuō)法正確的是A.2C1>C3  B.  C.    D. 解析:甲與乙顯然是恒溫恒容下的等效平衡,且化學(xué)平衡狀態(tài)完全相同.則甲與乙平衡體系中c1=c2,p1=p2.假設(shè)甲反應(yīng)在1L的容器中進(jìn)行,且反應(yīng)中,平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為40%,則平衡時(shí)NH3的濃度為0.8 mol/L;因甲與乙是恒溫恒容

20、等效平衡,乙反應(yīng)平衡時(shí)NH3的濃度仍為0.8 mol/L,則乙中NH3的轉(zhuǎn)化率為(2mol/L-0.8 mol/L)/2mol/L=60%可見(jiàn),在這種情況下,二者轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為1+2=1,也就不難理解二者反應(yīng)熱的關(guān)系.選項(xiàng)B正確.對(duì)于反應(yīng)丙,使用等價(jià)代替策略,設(shè)想丙由二個(gè)乙容器各放入2 mol NH3反應(yīng),達(dá)到平衡后,將一個(gè)容器中物質(zhì)壓入另一個(gè)容器里,壓強(qiáng)必然增大, 平衡右移,C3(NH3)>2C1(NH3)選項(xiàng)A錯(cuò)誤.達(dá)到平衡時(shí),由于平衡的右移,總?cè)≈档牧繙p少,則P2<P3<2P2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;同理由于NH3的轉(zhuǎn)化率變小,故3<2 , 而

21、1+2=1, 得1+3<1,選項(xiàng)D正確答案:B,D 練習(xí)2(2010年北京卷,12題)某溫度下，H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)該溫度下在甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中，投入H2(g)和CO2(g),其起始濃度如下表所示。下列判斷不正確的是 起始濃度甲乙丙c(H2)/mol/L0.0100.0200.020c(CO2)/mol/L0.0100.0100.020 平衡時(shí)，乙中CO2的轉(zhuǎn)化率大于60%平衡時(shí)，甲中和丙中H2的轉(zhuǎn)化率均是60平衡時(shí)，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/L反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快

22、，甲中的反應(yīng)速率最慢 答案:C提示: 恒溫恒容分子數(shù)不變的反應(yīng)中等量等比都等效.故只需通過(guò)平衡常數(shù)K計(jì)算出甲中H2的轉(zhuǎn)化率均是60,丙與甲為等效平衡,H2的轉(zhuǎn)化率相等. 三.定性與定量結(jié)合策略1.在可逆反應(yīng)中,QCKC,則平衡正向移動(dòng). QCKC,則平衡逆向移動(dòng).可以計(jì)算并比較二者的大小,判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向.2.升高溫度, KC變小,平衡逆向移動(dòng)，說(shuō)明為正向放熱的反應(yīng), H<0;升高溫度, KC變大,平衡正向移動(dòng)，說(shuō)明為正向吸熱的反應(yīng), H>0;可以從溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的變化,判斷反應(yīng)焓變的正負(fù). 例3(2010年天津

23、卷,10題,14分)二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： 煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：_。 煤的氣化過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體H2S用Na2CO3溶液吸收，生成兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_。 利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下： 2H2(g) + CO(g)  CH3OH(g)；H  90.8 kJ·mol1 2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2

24、O(g)；H 23.5 kJ·mol1 CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g)；H 41.3 kJ·mol1總反應(yīng)：3H2(g) + 3CO(g)  CH3OCH3(g) + CO2 (g)的H _； 一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_（填字母代號(hào)）。a高溫高壓          b加入催化劑

25、0;       c減少CO2的濃度d增加CO的濃度    e分離出二甲醚  已知反應(yīng)2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400 。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH ，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：物質(zhì)CH3OHCH3OCH3H2O濃度/（mol·L1）0.440.60.6  比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大?。簐正 _ v逆 （填

26、“>”、“<”或“”)。  若加入CH3OH后，經(jīng)10 min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c(CH3OH)  _；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH3OH)  _。 解析: (1).(2).(3)的答案為: (1)  C+H2O=CO+H2(條件為高溫)(2)H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3(3)-246.4 kJ/mol;c,e (4) 中可以計(jì)算QC= (0.6×0.6)/0.442 =1.86,小于400,所以化學(xué)平衡向右移動(dòng).

27、0;中可以把某時(shí)刻物質(zhì)的濃度當(dāng)作起始濃度進(jìn)行計(jì)算2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2O(g)起始1:  0.44+2×0.6=1.64起始2:   0.44               0.6         0.6轉(zhuǎn)化:    2X  

28、60;             X           X平衡:   0.44- 2X          0.6 + X       0.6+ X則KC=( 0.6 + X)2/( 0.44- 2X)2=400,解得X=0.2 mol/L. c(CH3OH)  0.04 mol/L,反應(yīng)起始只加入了CH3OH, 該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率為:v(CH3OH)=(1.64-0.04)/10mol/(L·min)=0.1